ETUDE D ÉLÉMENTS CONSTITUANT UN FOUR À MICRO-ONDES

Transcription

1 ETUDE D ÉLÉMENTS CONSTITUANT UN FOUR À MICRO-ONDES Dans la suite du document, ce symbole signifie «Appeler l examinateur». L organe essentiel d un four à micro-ondes est le magnétron, c est un oscillateur qui émet l énergie électromagnétique à la fréquence de 2450MHz. Celui-ci est constitué d une diode à vide formée d une cathode et d une anode Il faut soumettre la cathode émettrice d électrons par effet thermoélectrique, à des pointes de tensions négatives de 4000 V par rapport à l anode. On dispose à l intérieur de l appareil d un transformateur 230/2000V, il nous faut doubler l amplitude négative de la tension du secondaire. Schéma de base donné par le constructeur BUT DE LA MANIPULATION : Réalisation d un doubleur de tension Page 1 sur 7

2 I MESURE DE LA CAPACITÉ DU CONDENSATEUR EMPLOYÉ Réaliser le montage décrit ci-dessous A GBF V Régler le GBF pour qu il délivre une tension sinusoïdale u(t) - de fréquence 50Hz - de valeur efficace U eff = 7,1 V. Choisir les calibres les plus appropriés des appareils - Calibre utilisé pour la mesure de la tension U - Calibre utilisé pour la mesure de l intensité I U eff = I eff = Calculer l impédance Z du condensateur à 10 Ω près Z =. Exprimer C en fonction de Z et de f (fréquence) On rappelle que 1 Z = et ω = 2π f Cω Transformer la formule précédente pour obtenir C C = Calculer la capacité C du condensateur employé C = Page 2 sur 7

3 II LE DOUBLEUR DE TENSION : Réaliser le montage schématisé ci-dessous, L interrupteur K est ouvert, le générateur utilisé est un générateur de fonctions (GBF) délivrant une tension sinusoïdale réglée précédemment. On prend : - un dipôle résistif de résistance marquée R = 10 kω, - un condensateur de capacité C de 1 µf - une diode de redressement D (1N 4007ou 4004) Voie 1 oscilloscope K C Voie 2 oscilloscope GBF Ue Uc D Ud R Effectuer les réglages suivants l interrupteur K étant ouvert Sur l oscilloscope la référence de tension est l axe horizontal passant par le centre de l écran. Mettre l oscilloscope en mode bicourbe (dual) Le couplage en voie 1 est AC Le couplage en voie 2 est DC Régler la vitesse de balayage afin d observer une période sur l écran. Balayage horizontal :./division Choisir la sensibilité verticale donnant la plus grande amplitude : Sensibilité : voie 1 : /division Page 3 sur 7

4 Représenter ci-dessous l oscillogramme de la tension d entrée U e (t) à l encre noire : Mesurer la période: T = Calculer la valeur de la fréquence f = Mesurer la valeur maximale de la tension d entrée U emax = Calculer la valeur efficace U e eff = On ferme l interrupteur K Pour la voie 2, choisir la même sensibilité que la voie 1 Représenter sur le même écran, l oscillogramme de U R (t) à l encre bleue Mesurer la valeur minimale de la tension appliquée aux bornes de la charge résistive R, U Rmin =. Obtient-on U Rmin = - 2 U e max? Justifier On remplace la charge R par d autres résistors de valeurs différentes, relever les valeurs maximales U Rmax Page 4 sur 7

5 Valeur des résistances R 1 = 10kΩ R 2 = 100kΩ R 3 = 390 kω U R min Indiquer pour quelle résistance on a sensiblement U Rmin = - 2 U emax R = Interprétation du fonctionnement du montage précédent : Ecrire la loi des mailles Exprimer u e (t) en fonction de u D (t) et u C (t) Dans la partie de l alternance positive où la diode conduit, que devient cette relation? (le condensateur se charge alors jusque U emax ) Dans le reste de la période où la diode est bloquée, le condensateur se décharge totalement, exprimer la plus petite valeur aux bornes de la diode : U Dmin Remarque : Ci-dessous la caractéristique d une diode parfaite. Caractéristique d une diode parfaite i D Sens passant Sens non passant 0 u D La diode utilisée est supposée parfaite. Dans le sens passant, i D est positive : donner la valeur de u D Dans le sens non-passant, i D est nulle : donner la signe de u D Page 5 sur 7

6 III CIRCUIT LC PARALLÈLE Les électrons produits par le magnétron servent à mettre en résonance les 10 cavités résonnantes qui le constituent, à une fréquence de résonance de 2450 MHz Nous étudierons le principe d un circuit LC parallèle en résonance qui modélise les cavités Réaliser le montage ci dessous Matériel Inductance L = 70mH Condensateur C = 1µF Résistor étalon R = 1kΩ 2 voltmètres en AC Un générateur de fonctions Un oscilloscope Voie 1 L Voie 2 GBF V C R V On maintient la valeur efficace de la tension U 1 = 3,5 V pour toutes les mesures. On rappelle que la condition de résonance du circuit LC parallèle s écrit : LCω 0 ² = 1 Elle correspond à la pulsation de la tension d alimentation ω réglée sur la pulsation propre du circuit ω 0 (idem pour les fréquences) Exprimer la fréquence de propre f 0 en fonction de L et C C est la fréquence pour laquelle le GBF met en résonance le circuit LC Pour les valeurs C = 1µF et L = 70 mh, calculer la fréquence de résonance théorique dans le cas d un circuit LC parallèle parfait f 0 = Page 6 sur 7

7 Dans le cas d un circuit réel, la résonance sera détectée lorsque les tensions u 1 (t) et u 2 (t) sont en concordance de phases Régler la fréquence f du GBF pour atteindre cette condition : f = Relever U 2eff = Calculer I eff à l aide de la loi d Ohm I eff = En déduire l impédance Z AB du dipôle AB Z AB = En déduire l impédance Z du dipôle LC Z = Mesurer le décalage horaire τ entre les deux tensions u 1 (t) et u 2 (t), τ = Calculer le déphasage ϕ de u 2 (t) par rapport à u 1 (t) : ϕ = ωτ = 2πfτ exprimé en radian, ou en degré par : ϕ =360fτ,ϕ = En vous plaçant successivement à des fréquences de 500Hz puis de 700Hz répondre aux mêmes questions et consigner vos résultats de mesures dans le tableau suivant : Fréquence f (Hz) 500 f 0 =. 700 Tension U 1eff (V) 3,5 3,5 3,5 Tension U 2eff (V) Intensité I eff (ma) Impédance Z (Ω) Déphasage ϕ Quelle remarque pouvez vous faire sur le signe du déphasage ϕ à 500Hz et à 700Hz? Quand déduisez vous quant à la nature globale du dipôle LC,à ces fréquences? et à f 0 Page 7 sur 7